JP6827245B1 - Aiを用いる診断装置、学習データ生成装置、データ要求装置、診断システム、及び、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力部と、
前記患者の医療情報を入力する医療情報入力部と、
前記医用画像に基づいて、前記医用画像を解析して質感を示す質感データを生成する解析部と、
前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データを学習データとして学習した学習済みモデルによって、前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データの入力に対して、病名に対する判断結果を出力する学習部とを含む。
図1は、診断装置11を用いる全体構成例を示す図である。例えば、診断装置11は、以下のような全体構成で用いられる。以下、診断対象となる人物を「患者10」という。
図2は、診断装置11のハードウェア構成例を示す図である。例えば、診断装置11は、Central Processing Unit(CPU、以下「CPU11H1」という。)、記憶装置11H2、インタフェース11H3、入力装置11H4、及び、出力装置11H5等を有するハードウェア構成である。
診断装置11は、プログラム等により、例えば、以下のようなネットワーク構造のAIにより学習モデルを構成して、機械学習等を実現する。なお、以下の説明では、学習データ(「教師データ」等ともいう。)を用いて学習が行われる前の学習モデルを、単に「学習モデル」という。一方で、学習データにより、教師ありの学習が行われた後の学習モデルを「学習済みモデル」という。
図4は、全体処理例を示す図である。以下、学習データを用いて学習モデルを学習させ、学習済みモデルを生成する処理を「学習処理」という。一方で、学習処理により、学習済みモデルを生成した後、学習済みモデルを用いて、未知の入力データに対する判断を行う処理を「実行処理」という。
ステップS0401では、診断装置11は、学習データを入力する。例えば、学習データは、医用画像D1、医療情報D2、質感データ、及び、正解を示すデータの組み合わせである。なお、質感データの詳細は後述する。
質感データは、医用画像D1等から診断装置11が生成してもよいし、外部から入力するでもよい。例えば、質感データは、以下のように生成される。
SUV値=(組織放射能(Bq)/組織体積(ml))/(放射性薬剤の投与量(Bq)/体重(g)) (1)
なお、SUV値は、上記(1)式のように体重で正規化するSUV bw(body weight)等である。また、SUV値は、体重に代えて、除脂肪体重(lean body mass、LBM)によって正規化するSUV lbm等でもよい。ほかにも、SUV値は、体重に代えて、体表面面積(body surface area、BSA)によって正規化するSUV bsa等でもよい。
学習処理を実行すると、学習済みモデルが生成できる。このように生成された学習済みモデルを用いて、例えば、以下のように実行処理が行われる。
Genome×Environment=Trait (2)
上記(2)式は、「GET」と呼ばれる場合もある。「GET」は、「遺伝子×環境=特性」という関係を示す。したがって、診断装置11は、上記(2)式における「Genome」に相当するDNA検査結果が入力されると、症状をより精度良く診断する補助ができる。
図7は、診断装置11の機能構成例を示す図である。例えば、診断装置11は、医用画像入力部11F1、医療情報入力部11F2、解析部11F3、及び、学習部11F4等を含む機能構成である。
図8は、第2実施形態における学習データ生成装置201を用いる全体構成例を示す図である。第1実施形態における診断装置11を用いる全体構成と比較すると、医師20がいる全体構成となる点が異なる。
図12は、第2実施形態における全体処理例を示す図である。
図13は、第2実施形態における学習データ生成装置201の機能構成例を示す図である。例えば、学習データ生成装置201は、医用画像入力部11F1、医療情報入力部11F2、解析部11F3、範囲入力部11F21、診断結果入力部11F22、及び、学習データ生成部11F23等を含む機能構成である。
図14は、第3実施形態におけるデータ要求装置202を用いる全体構成例を示す図である。第1実施形態における診断装置11を用いる全体構成、及び、第2実施形態における学習データ生成装置201を用いる全体構成と比較すると、学習前において(学習データで学習モデルM1を学習している前又は学習中をいう。図では、上半分で示す。)、医師20が診断結果D22を入力する全体構成となる点が異なる。
図15は、第3実施形態における全体処理例を示す図である。
ステップS1501では、データ要求装置202は、医用画像D1を入力する。例えば、ステップS1501は、ステップS0403と同様である。
ステップS1507では、データ要求装置202は、病名D31を入力する。すなわち、データ要求装置202は、診断の対象とする病名D31を医師20の操作等により入力する。
図16は、第3実施形態におけるデータ要求装置202の機能構成例を示す図である。学習前において、例えば、データ要求装置202は、医用画像入力部11F1、医療情報入力部11F2、解析部11F3、学習部11F4、及び、診断結果入力部11F22等を含む機能構成である。
図17は、第4実施形態における診断装置11を用いる全体構成例を示す図である。第1実施形態における診断装置11を用いる全体構成と比較すると、説明情報D41が追加して出力される点が異なる。
図18は、第4実施形態における全体処理例を示す図である。例えば、ステップS1801乃至ステップS1806は、第1実施形態におけるステップS0401乃至ステップS0406等と同様の処理である。
例えば、医用画像D1は、以下のような画像でもよい。
診断装置11は、例えば、新型コロナウイルス感染症、又は、肺癌等の呼吸器に関する症状を診断する場合に補助を行う。又は、診断装置11は、例えば、固形癌、胃癌、腫瘍、及び、消化器の穿孔等の症状を対象にしてもよい。なお、これらの病名は、複数を同時に診断の対象としてもよい。
実施形態は、上記の実施形態を組み合わせたものでもよい。
11 :診断装置
11F1 :医用画像入力部
11F2 :医療情報入力部
11F21 :範囲入力部
11F22 :診断結果入力部
11F23 :学習データ生成部
11F3 :解析部
11F30 :要求部
11F4 :学習部
11F40 :説明情報出力部
12 :医用画像生成装置
20 :医師
201 :学習データ生成装置
202 :データ要求装置
D1 :医用画像
D2 :医療情報
D21 :範囲
D22 :診断結果
D23 :学習データ
D3 :判断結果
D31 :病名
D32 :データ要求出力
D41 :説明情報
M1 :学習モデル
M2 :学習済みモデル
PT1 :第1矩形
PT2 :第2矩形
PT3 :第3矩形
PT20 :画素
PT31 :第1部位
Claims (14)
- 患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力部と、
前記患者の医療情報を入力する医療情報入力部と、
前記医用画像に基づいて、前記医用画像を解析して質感を示す質感データを生成する解析部と、
前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データを学習データとして学習した学習済みモデルによって、前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データの入力に対して、病名に対する判断結果を出力する学習部とを含む
診断装置。 - 前記判断結果は、前記病名が陽性であるか陰性であるかの結果、及び、前記病名が陽性である確率値のうち、少なくともいずれかを示す
請求項1に記載の診断装置。 - 前記解析部は、
前記医用画像における画素値を放射性薬剤の種類、前記放射性薬剤の投与量、前記放射性薬剤を投与してから経過した時間、前記患者の体重、又は、これらの組み合わせに基づいて正規化して算出するSUV値を算出し、かつ、前記SUV値が閾値以上である画素が一定以上連続して存在する領域を解析し、
前記質感データは、
前記SUV値の最大値、及び、最小値を算出して、前記最大値及び前記最小値の間を所定数の階調に分けた前記階調を示すグレースケール情報の分布における分散又はエントロピーを示す
請求項1又は2に記載の診断装置。 - 前記解析部は、
前記グレースケール情報に基づいて、共起行列、近傍行列、グレーレベルサイズゾーンマトリックス、及び、グレーレベルランレングスマトリックスを解析する
請求項3に記載の診断装置。 - 前記解析部は、
前記質感データを3次元の方向について生成する
請求項1乃至4のいずれか1項に記載の診断装置。 - 前記学習済みモデルは、
前記医用画像に対して、畳み込み、プーリング、正規化、又は、これらの組み合わせを行う処理部を含む
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の診断装置。 - 前記医療情報は、
前記患者の病歴、DNA検査結果、血液検査結果、尿検査結果、癌探知犬の嗅覚結果、又は、これらの組み合わせを示す
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の診断装置。 - 診断装置に診断方法を実行させるためのプログラムであって、
診断装置が、患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力手順と、
診断装置が、前記患者の医療情報を入力する医療情報入力手順と、
診断装置が、前記医用画像に基づいて、前記医用画像を解析して質感を示す質感データを生成する解析手順と、
診断装置が、前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データを学習データとして学習した学習済みモデルによって、前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データの入力に対して、病名に対する判断結果を出力する学習手順と
を実行させるためのプログラム。 - 患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力部と、
前記患者の医療情報を入力する医療情報入力部と、
前記医用画像に基づいて、前記医用画像を解析して質感を示す質感データを生成する解析部と、
前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データを学習データとして学習した学習済みモデルによって、前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データの入力に対して、病名に対する判断結果を出力する学習部とを含む
診断システム。 - 患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力部と、
前記患者の医療情報を入力する医療情報入力部と、
前記医用画像に基づいて、質感を示す質感データを生成する解析部と、
前記患者が所定の病名に対して陽性であるか陰性であるかを診断した診断結果を入力する診断結果入力部と、
前記医用画像に対して、前記部位を示す第1範囲、及び、前記部位の診断に参照する前記部位とは異なる部位であって、前記第1範囲を入力する医用画像と同一の医用画像に含まれる第2範囲を入力する範囲入力部と、
前記医用画像、前記医療情報、前記質感データ、前記診断結果、前記第1範囲、及び、前記第2範囲を合わせて学習データを生成する学習データ生成部とを含む
学習データ生成装置。 - 前記範囲入力部は、
前記医用画像に対して所定形状、又は、前記医用画像を構成する画素を指定する形式で前記第1範囲、及び、前記第2範囲を入力する
請求項10に記載の学習データ生成装置。 - 前記学習データ生成部は、
診断に用いる形式、並びに、前記患者の位置及び角度を拡張用設定範囲が示す範囲で前記医用画像を加工して拡張画像を生成する
請求項10又は11に記載の学習データ生成装置。 - 患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力部と、
前記患者の医療情報を入力する医療情報入力部と、
前記医用画像に基づいて、質感を示す質感データを生成する解析部と、
前記患者が所定の病名に対して陽性であるか陰性であるかを診断した診断結果を入力する診断結果入力部と、
前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データに基づく病名に対する判断結果、前記医用画像、前記医療情報、前記質感データ、並びに、前記診断結果を合わせた学習データで学習モデルを学習させて学習済みモデルを生成する学習部と、
病名が入力されると、前記学習済みモデルにより、データを要求する要求部とを含む
データ要求装置。 - 患者の診断対象とする部位、又は、前記患者の全身を投影した医用画像を入力する医用画像入力部と、
前記患者の医療情報を入力する医療情報入力部と、
前記医用画像に基づいて、前記医用画像を解析して質感を示す質感データを生成する解析部と、
前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データを学習データとして学習した学習済みモデルによって、前記医用画像、前記医療情報、及び、前記質感データの入力に対して、病名に対する判断結果を出力する学習部と、
前記判断結果が示す結果を説明する説明情報を出力する説明情報出力部とを含む
診断装置。
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